近年来，随着医患关系的不断紧张，患者对知情决策权的需求慢慢增加。然而由于医患双方对医学知识的了解和认识程度存在着不对称性，如何科学的进行术前决策亟需医患双方的共同努力。本文的主要目的是为了增强患者对医学常识、手术知识以及病灶形态变化情况的理解，以便患者能够更好的作出术前决策。　　膝关节结构较复杂、受力情况多样同时承受人体大部分重量，是人体最易受伤的关节之一。本文以膝关节的常见病症为例，建立合理的膝关节有限元模型，参照客观真实的物理场景，对膝关节病灶进行有限元分析，依据分析结果得出膝关节病灶的形态变化情况。结合现有医学结论对其进行论证，将该分析结果以视觉仿真的形式表现出来并将其集成进虚拟手术系统中。通过本系统医生不仅可以向患者演示手术的具体过程，还可以展示病灶的后续形态变化情况，使患者对手术具体操作和病灶的形态变化有了深刻的了解，医患之间的交流得以变得顺畅，患者可以更好的进行术前决策，极大的缓解医患之间的紧张关系。本研究的主要内容如下:　　(1)基于医学图像的膝关节模型三维重建。针对膝关节模型重建的问题，采用Mimics软件从医学数据中对膝关节骨骼模型进行提取，建立膝关节三维模型，并对需要进行分析的组织模型进行有限元前处理，提高模型的精度并减小计算数据量。　　(2)膝关节的生物力学分析。针对膝关节生物力学分析的问题，简单介绍膝关节，对膝关节的生物力学模型进行分析，建立膝关节组织的力学计算模型，分析了本文进行生物力学分析采用的方法、原理。　　(3)膝关节病灶形态变化分析。建立膝关节病灶的有限元模型，模拟真实情况，分别分析胫骨、半月板、以及髌骨病灶的应力应变情况，针对分析结果对病灶形态变化进行分析，采用现有医学结论进行论证。　　(4)实验原型系统的开发。基于本文开展的研究开发了一个实验原型系统，其中综合了病灶形态变化视觉仿真模块、虚拟手术模块和手术知识模块。通过该系统医生可以通过虚拟手术模块对病患进行手术操作演示，还可以通过病灶形态变化视觉仿真以及知识模块加深病患对手术情况以及病灶形态变化的理解，使得医患之间的交流变得顺畅，患者得以更好的进行术前决策。